发酵工艺与设备
发酵工程与设备
发酵工程与设备什么是发酵工程发酵工程是一种利用微生物、酶和其他生物技术生产化学和生物制品的过程。
这种技术十分通用，适用于许多行业，如食品、制药、石油等。
发酵工程已成为现代工业中不可缺少的部分。
随着技术的进步和知识的增加，发酵工程变得越来越重要。
发酵工程的应用1.食品工业：发酵工艺已广泛应用于生产酸奶、面包、啤酒、酒精、味增等食品。
2.制药工业：发酵工艺已应用于生产大量的抗生素、激素、酶和蛋白质制品。
3.石油工业：通过发酵工艺可生产出一些高附加值的产物，如甘油、单体和聚合物等。
在这些行业中，发酵工程所涉及的组成部分包括微生物、培养基、发酵设备、控制系统等。
发酵设备发酵设备是用于生产中发酵过程的特定设备，包括发酵罐、离心机、培养箱、灭菌器、分离机等。
为了满足不同的生产需求，不同的发酵设备需要不同的设计和制造。
在发酵设备的选择上，需要考虑以下因素：1.安全性：发酵过程可以产生许多危险物质，因此设备必须安全可靠，具有充分的安全措施和预防措施。
2.耐用性：发酵设备必须经过长时间的使用和多次的清洗和消毒，所以它必须足够耐用。
3.易于清洗和维护：发酵设备必须易于清洗和维护，以充分消除杂质和其他污染物，从而确保生产的干净和纯度。
在发酵设备的选择中，不同的制造商和供应商之间存在着很大的差异。
为了确保选择的设备是合适的和符合要求的，需要了解所需设备的细节以及必需的规格和功能。
发酵的控制发酵工程中的控制是必不可少的，其目的是确保发酵过程中的操作符合预期，以达到预期的产量和质量。
主要的控制参数包括：1.温度：温度控制是发酵过程中最重要的因素之一。
不同的微生物和反应需要在不同的温度下进行。
因此，在研究和生产中必须选择适当的温度来控制发酵过程。
2.PH值：微生物和酶的活性与PH值密切相关。
因此，在发酵过程中对PH值的控制至关重要。
3.氧气供应：氧气是微生物需要的重要元素之一。
在发酵过程中，需要适当的氧气供应来维持产率和生长。
第五章好氧发酵工艺及设备
第五章好氧发酵工艺及设备好氧发酵是指在氧气存在的条件下进行的发酵过程。
与厌氧发酵不同，好氧发酵需要提供足够的氧气供微生物进行呼吸代谢，产生能量来完成发酵过程。
好氧发酵工艺及设备在食品、饮料、药品、化工等行业有着广泛的应用。
好氧发酵工艺主要包括以下几个方面：1.培养基的选择：好氧发酵过程中，培养基的选择十分重要，需要提供适宜的营养物质供微生物生长和产生目标产物。
常见的培养基组分包括碳源、氮源、矿质盐等。
不同的微生物对培养基的要求有所不同，因此需要根据具体情况进行调整。
2.发酵条件的调控：好氧发酵过程中，温度、pH值、氧气浓度等因素对微生物的生长和产物合成有着重要影响。
合理调控这些条件可以提高产物的产量和质量。
例如，在一些发酵中，会通过控制培养温度来控制产物的结晶度和结晶形态。
3.发酵设备的选择：好氧发酵设备的选择也很重要。
常见的好氧发酵设备包括发酵罐、搅拌器、曝气设备等。
发酵罐通常根据发酵体积的大小有不同的规格，搅拌器可以实现培养基和微生物的均匀混合，曝气设备可以提供足够的氧气供微生物呼吸代谢。
4.发酵过程的监控：好氧发酵过程中，需要对发酵过程进行实时监控和控制。
常见的监测参数包括发酵液的pH值、溶氧量、温度等。
通过监测这些参数，可以及时调整发酵条件，保证发酵过程的稳定性和产物的质量。
好氧发酵工艺及设备在食品、饮料、药品、化工等行业有着广泛的应用。
在食品行业，好氧发酵被应用于面包、乳制品等的生产中，提高了产品的质量和口感。
在药品和化工领域，好氧发酵广泛用于抗生素、维生素等的生产，为制药和化工企业提供了重要的原料。
总之，好氧发酵工艺及设备在各个领域都有着广泛的应用和发展前景。
随着科技的进步，好氧发酵将会越来越被重视，并在更多领域中发挥重要作用。
啤酒发酵工艺及设备PPT课件
（4）酵母的回收与保存
• 发酵池底部的酵母分三层：上层由落下的泡盖和 最后沉下来的酵母；中层为核心酵母；下层为酒 花树脂、凝固物等颗粒。
• 酵母的回收：采用酵母筛回收酵母，用于下一锅 麦汁接种。
• 酵母保存：低温保存于酵母盆中。
（二）、啤酒发酵设备
• 近年来，啤酒发酵设备向大型、室外、联合的 方向发展，迄今为止，使用的大型发酵罐容量 已达1500吨。
主发酵过程的现象和要求
①起泡期 入主发酵池4～5h后，在麦汁表面逐渐出 现更多的泡沫，泡沫洁白细腻，厚而紧密，如花 菜状。 此时发酵液温度每天上升0.5～0.8℃，每天降 糖0.3～0.5ºP，维持时间1～2天，不需人工降温。
②高泡期 发酵后2～3天，泡沫增高，形成隆起， 高达25～30cm，。 此时为发酵旺盛期，需要人工降温，但是不 能太剧烈，以免酵母过早沉淀，影响发酵。
主发酵过程的现象和要求
③落泡期 发酵5天以后，发酵力逐渐减弱，二氧 化碳气泡减少，泡沫回缩。
此时应控制液温每天下降0.5℃左右，每天降 糖0.5～0.8ºP，落泡期维持2天左右。 ④泡盖形成期 发酵7～8天后，泡沫回缩，形成泡 盖。
此时应大幅度降温，使酵母沉淀。
（3）下酒和后发酵
• 主发酵结束后的发酵液称嫩啤酒。 • 后发酵的目的：
（2）主发酵
一般工艺过程
① 酵母繁殖20h左右，将增殖槽中的麦汁泵入发酵 槽内，进行厌氧发酵。 ② 发酵2～3天左右，温度升至发酵的最高温度，进 行冷却，先维持最高温度2～3天。以后控制发酵温度 逐步回落，主酵结束时，发酵液温度控制在4.0～ 4.5℃。 ③ 主发酵最后一天急剧冷却，使大部分酵母沉降槽 底，然后将发酵液送至贮酒罐进行后发酵。
13～15
发酵工厂工艺设计
发酵工厂工艺设计
一、工艺系统
发酵工厂工艺系统应满足生物工艺原理，建立投料、反应、分离、回收等系统，为提高活性物质生产效率，可利用蒸汽、光热、微波、电极等驱动形式，采用管壁研磨、高低温摩擦热放热等方式把活性成分转运入发酵细胞和菌种中，达到高效发酵的作用。
二、设备系统
1.投料系统：投料系统应根据发酵物料种类、分布以及质量浓度变化的情况，选择恰当的投料设备，如口罩式投料机、旋涡投料机等，以实现自动投料和量程控制。
2.反应系统：反应系统应根据发酵温度和压力，选择合适的发酵罐，可选择不锈钢发酵罐、不锈钢热机槽、叠加式发酵罐、可调式反应罐等；
3.分离系统：分离系统应采用合适的分离设备，如气流分离机、液相分离机、滤池等；
4.回收系统：回收系统应采用合适的回收设备，如抽滤机、滤器、蒸发冷凝机等。
三、仪器系统
1.流量计控制系统：确保投料系统、反应系统、分离系统、回收系统的流量控制精确、可靠；
2.温控系统：确保发酵系统温度和温度分布精确、可靠；。
发酵工艺设备
发酵工艺设备
发酵工艺设备是指在发酵过程中使用的各种设备，包括发酵罐、发酵槽、发酵箱、发酵柜、发酵室等。
1. 发酵罐/槽：是一种用于储藏和控制发酵过程的容器，一般
由不锈钢或玻璃钢等材料制成，具有耐高温、易清洗等特性。
2. 发酵箱：是一种用于小规模发酵的设备，常用于实验室中。
发酵箱通常具有温控、湿控、气体控制等功能。
3. 发酵柜：是一种用于大规模发酵的设备，适用于工业生产。
发酵柜通常具有自动控制系统，可以实现温度、PH值、溶氧
量等参数的精确控制。
4. 发酵室：是一种维持稳定发酵环境的设备，常用于微生物的培养和发酵。
发酵室通常具有温度、湿度、光照等参数的控制功能。
5. 其他设备：还包括发酵液搅拌设备、气体供应设备、发酵液采样设备等。
这些发酵工艺设备可以提供适宜的环境和条件，促进微生物的生长与代谢，从而实现发酵过程的控制和优化。
这些设备在食品工业、制药工业、生物工程等领域有着广泛的应用。
发酵基本工艺与发酵设备介绍ppt
二 、发酵设备
生物反应器(发酵罐)
利用生物工程技术进行生产的过程统称生物反应过程 。 采用活细胞(包括微生物、动植物细胞)的某些特定 功能生产有用产品的生物反应过程称为发酵过程或 细胞培养过程。
采用游离或固定化酶作为生物催化剂的生物反应过 程，称为酶反应过程。 生物反应器：利用酶或生物体（如微生物）所具有的生 物功能，在体外进行生化反应的装置系统。
根据生物反应过程中所使用的生物催化剂不同可将生 物反应器分为：
酶反应器和（微）细胞生物反应器。 生物反应器应具备的条件：
➢能维持一定的温度、pH、反应物(如营养物质、溶解氧 等)浓度；
➢应具备良好的传质、传热和混合性能，以便为生物反 应的顺利进行提供适宜的环境条件；
➢细胞生物反应器除具备上述特性外，还要求有一定的 除菌及密封设备，以防止生产过程中因微生物侵入造成 的杂菌污染。
要求的优良菌种。
可用基因工程、细胞工程的方法 对菌种的遗传特性进行定向改造， 以构建工程细胞或工程菌，从而
达到生产相应产品的目的
对菌种一般有以下要求：
➢ 菌种能在较短的发酵过程中高产有价值的发酵产品。 ➢ 菌种的发酵培养基应价廉，来源充足，被转化为产品的
效率高。如农副产品。 ➢ 菌种对人、动物、植物和环境不应该造成危害，还应注
发 酵 基 本 工 艺与发 酵设备 介绍pp t
第二节
发酵基本工艺与发酵设备
李清华 公共卫生学院
发 酵 基 本 工 艺与发 酵设备 介绍pp t
1
• 主要内容
一、发酵工艺流程
二、常见发酵设备
1、发酵罐的设计原则
2、微生物细胞反应器
3、动物细胞培养反应
堆肥发酵工艺流程及主要设备
一般情况下，一次发酵周期约为 15～20 d，堆 体温度可以上升到 60～70℃。经过一次发酵周期 后，物料的含水率大幅度降低，基本能达到 45%左 右，此时可以通过铲车或输送带把物料运输至下一 步工序。 1.2.3 陈化
目的：经过第一次堆肥发酵后的有机废弃物还 未完全腐熟，需要进行二次陈化，把物料中一些残 余的较难分解的有机物进一步分解并稳定，以满足
36■现代农业装备·2017 年第 4 期
Design 驭 Manufacture < 设计制造
后续加工工艺要求。 过程：采用天车抓斗或铲车搬运的工艺对物料
进行陈化发酵。在陈化车间顶部安装天车、抓斗， 通过抓斗定期搬运物料，能起到翻堆、透气等效果， 堆体物料的温度会逐渐下降，稳定在 40℃以下时， 物料基本腐熟，形成腐殖有机质。一般情况下陈化 周期约为 15～20 d，可以根据有机肥加工用料的特 点和市场销售情况对陈化的周期进行调整。 1.2.4 加工生产
0 概述
堆肥 是 有 机 废 弃 物 在 微 生 物 的 作 用 下 被 降 解 和稳定，并生产出一种适合于土壤利用的产物的 过程。
堆肥工艺，也叫发酵工艺。有机废弃物的发酵 需要其在合适的含水率、合适的碳氮比和一定氧气 浓度等条件下，通过微生物的作用，不断地分解、 稳定，转化为有机肥料。废弃物在合理的堆肥发酵 过程后的有机产物相对稳定，臭味消除，并且基本 不含有害病原菌，不含杂草种子，适合使用于土壤 中，作为土壤改良剂和有机肥料使用[1]。
好氧发酵工艺与设备—发酵染菌及防治
2. 染菌的原因分析
（1）发酵罐染菌分析 大部分发酵罐染菌：
染菌时期 发酵前期
发酵后期
原因
种子带菌、灭菌不彻底
中间补料染菌，如补料液带菌、 补料管渗漏，或油管系统发生问 题
个别发酵罐染菌：
一般原因是设备渗漏造成的
（2）从染菌的时间来分析
染菌时期 发酵前期
发酵中、后 期
原因
种子带菌、连消设备染菌
如杂菌类型相同一般是空气净 化系统存在空气系统结构不合理、 空气过滤介质失效或效率下降等 问题
将需要检查的样品在无菌的平板上 划线，分别置37℃、27℃培养，一般在 8h后即可观察。
（三）肉汤检查培养
液体培养基的检查:将需要检查的样品接入经灭菌，并经过检查无 菌的肉汤培养基中，放置37℃和27℃分别培养24h，进行观察，观 察肉汤是否浑浊。并取样镜检。 无菌空气的检查:将葡萄糖酚红肉汤培养基装在吸气瓶中，灭菌后， 37℃培养24h，若培养液未变浑浊，表明吸气瓶中的培养液是无菌 的，把过滤后的空气引入吸气瓶中，培养后，若培养液变混或变 黄色，表明空气中仍有杂菌，说明过滤系统有问题。
（3） 从染菌的类型来分析
杂菌
原因
耐热的芽孢 培养基或设备灭菌不彻底、设备存在死
杆菌
角等
球菌、酵母、 种子带菌、空气过滤效率低、除菌不彻
无芽孢杆菌 底、发酵罐的冷却管或加套等设备渗漏、
等
操作问题等
真菌
无菌室灭菌不彻底、无菌操作不当、灭 菌不彻底等
二、 染菌对不同发酵过程的影响
（1）青霉素发酵过程：由于许多杂菌都能产生青霉素酶，因此 在整个发酵过程中都会使青霉素迅速分解，造成目的产物得 率降低，危害十分严重。
微生物的浓度过低，发酵液转稀： 指发酵尚未进入放罐阶段，发酵液就变稀。 （1）原因：感染噬菌体、培养条件不合适。 （2）措施：防噬菌体、控制合适培养条件。 未知的其它原因：可补充氮源促菌丝生长，或补充碳源也可。 微生物的浓度过高，发酵液过浓： （1）原因：氮源过多，菌丝生长快、浓度大，从而降低发酵液中溶解 氧的浓度，影响发酵正常进行。 （2）措施：补入大量的水。
好氧发酵工艺及设备
0.25 ÷ 0.052 = 4.8 (s) 培养液中的溶解氧最多可用4.8秒，因此必须连续通气。
2. 亨利定律(Henry's law)
• 在等温等压下，某种气体在溶液中的溶解
度与液面上该气体的平衡压力成正比。这
包括氧分子自液体主流通过液膜、菌丝丛、细胞膜及细 胞内的扩散。
氧分子在一系列的扩散中，各步均有一推动力（氧的分 压或浓度差）来克服各自的阻力。
------ 单位时间内单位体积培养液中微生物摄取
氧的量。记作 rO2 (mmol/L·h)
(耗氧速率)
rO2因微生物种类、代谢途径、菌体浓度、温 度、培养液成分及浓度的不同而异。
rO2值的范围一般在 25～100 mmol/L·h
比耗氧速率-----相对于单位质量的干菌体在单位时间内 所消耗的氧量。也称呼吸强度(respiratory intensity)；用 QO2表示 (mmol O2 /g ·h)
（二）微生物的耗氧------
供氧与微生物呼吸及代谢产物的关系
• 氧是细胞的组成成分和各种产物的构成 元素，又是生物能量代谢的必需元素。 氧是好气性微生物氧化代谢的电子最终 受体，同时通过氧化磷酸化反应生成生 物体生命活动过程中所需要的能量。
如果细胞的代谢产物就是细胞、CO2和水时， Meteles根据细胞的主要元素组成，提出了预测 发酵过程中微生物需要氧数量的计算公式：
吸强度不再随溶解氧浓度的增加而变化，此时的溶氧浓度 称为呼吸临界氧浓度。
临界氧浓度与培养液的理化性质，发酵罐的结构有关。
QO2
在好氧微生物反应中，一
般取CL >CCr ，以保证反应 的正常进行。
第五章好氧发酵工艺及设备
第五章好氧发酵工艺及设备1.好氧发酵概述好氧发酵是一种在氧气存在下进行的生物发酵过程，通过微生物的代谢活动，将有机物转化为能量、碳 dioxide、水和其他代谢产物。
好氧发酵广泛应用于食品、制药、环境保护等领域。
2.好氧发酵工艺好氧发酵工艺包括废水处理、微生物培养和食品生产等。
废水处理中，好氧发酵可将有机物转化为无害物质，如二氧化碳和水。
微生物培养中，好氧发酵可用于大规模生产细胞、酶和其他生物产品。
食品生产中，好氧发酵可用于制作面包、酸奶和酒精等。
3.好氧发酵设备好氧发酵设备包括反应器、氧气供应系统和控制系统等。
反应器是好氧发酵的核心设备，通常采用搅拌式反应器、固定床反应器或滤床反应器。
氧气供应系统用于提供反应过程中所需的氧气，通常采用天然气或空气。
控制系统用于监测和调节反应温度、氧气浓度、pH值等参数。
4.好氧发酵工艺优化为了提高好氧发酵的产率和质量，需要进行工艺优化。
工艺优化包括基质优化、发酵条件优化和微生物优化。
基质优化是指选择合适的发酵基质，如葡萄糖、乳糖和淀粉等。
发酵条件优化是指调节反应温度、pH值和氧气浓度等参数，以提高产率和质量。
微生物优化是指选择适合的微生物菌种，并进行突变体选育和基因工程改造等手段，以改善发酵性能。
5.好氧发酵应用案例好氧发酵在食品行业中有广泛应用。
例如，制作面包时使用的酵母发酵属于好氧发酵过程。
酵母通过代谢葡萄糖生成二氧化碳和酒精，使面团发酵膨胀。
另外，酸奶的制作也采用好氧发酵工艺。
乳酸菌通过代谢乳糖生成乳酸，增加酸奶的口感和保质期。
总结：好氧发酵是一种在氧气存在下进行的生物发酵过程，广泛应用于废水处理、微生物培养和食品生产等领域。
好氧发酵设备包括反应器、氧气供应系统和控制系统等。
为了提高发酵的产率和质量，需要进行工艺优化，包括基质优化、发酵条件优化和微生物优化。
好氧发酵在食品行业中应用广泛，如面包和酸奶的制作等。
发酵工艺与设备
一、基本概念
狭义 “发酵”的定义： 发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原
产能反应 广义 “发酵”的定义：
工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制 造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培 养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等， 以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、 氨基酸、酶制剂等的生产。产品即有细胞代谢 产物，也包括菌体细胞、酶等。
1897年，德国的毕希纳进一步发现磨碎了的酵母仍然 能使糖变成酒精，并将此具有发酵能力的物质成为酶 （酵素）——揭示了发酵的本质，1907年获得诺贝尔 化学奖
二、发酵工程早期阶段
19世纪末，德国和法国开始用微生物处理污水。 1913年德国的Michaelis L.提出了酶反应动力学
方程。 这一时期主要产品特点为初级代谢产物
发酵工艺与设备
教师：黄达明 张志才
Email: (黄) (张)
前言
学 时： 45 + 15 （其中：讲课学时：45 实验学时：15）
先修课程：生物化学、微生物学、化工原理、生 物工艺学等
适用专业：微生物与生化药学、生物制药、生物 工程、 生物技术等
教 材：发酵工程设备，粱世中，中国轻工业出 版社，2002年第一版
本课程的内容和任务：
《生物工程设备》是生物制药、生物技术等专业的专业基础课。 该课程是在学习完《生物化学》、《微生物学》、《化工原理》
等课程后开设的一门专业基础课。通过《生物工程设备》的学习， 将技术基础课和专业课与发酵工艺与设备的操作原理结合起来， 了解发酵工艺及设备要求的共性及特性，并且熟悉发酵的工艺流 程及常用设备，为今后从事生物制药等相关科研和生产打下良好 的基础。 此外，生物工程设备的最基本问题是发酵工艺的学习和对发酵常 用设备的认知，通过本课程的学习，对上述过程工程问题与生物 学基础有较深入的认识，对有关交叉学科的前沿技术在发酵工程 中的应用有一定的了解。
好氧发酵工艺与设备—发酵过程的工艺控制
2. 温度的控制
1. 最适温度的选择
在生长阶段，应选择最适生长温度； 在产物分泌阶段，应选择最适生产温度。 例如:青霉素产生菌生长的最适温度为30℃,但产生青霉素 的最适温度是20℃。 看生长与生物合成哪一个是主要方面。
控制温度的措施
❖工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热，因 发酵中释放了大量的发酵热，需要冷却的情况较多。 ❖利用自动控制或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层或 蛇行管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵。 ❖如果气温较高（特别是我国南方的夏季气温），冷却水的温度又 高，就可采用冷冻盐水进行循环式降温，以迅速降到最适温度。因 此大工厂需要建立冷冻站，提高冷却能力，以保证在正常温度下进 行发酵。
（三） 磷酸盐对发酵的影响及其控制
磷在发酵过程中的作用？
影响最适磷酸盐浓度的因素
菌种特性 培养条件 培养基组成 培养基的来源
（四） 补料方式及控制
补料方式
连续流加 不连续流加
快速流加 恒速流加 指数流加 变速流加
多周期流加
单组分补料
补加培养基组成
其他： 反馈控制
多组分补料
控制依据指标：青霉素生产中，通过控制葡萄糖的补加 速率来控制pH的变化范围，比恒定流加时产量提高25%。
常用的消泡剂种类
常用消泡剂
天然油脂类——有机消泡剂 聚醚类——聚醚型消泡剂 醇类 硅酮类——有机硅消泡剂
最常用
五、 发酵终点的确定
考虑因素
1. 经济因素
得率 生产率 发酵系数
2. 产品质量因素——发酵时间长短
3. 特殊因素——染菌
1. 整个发酵过程中，泡沫保持恒定的水平； 2. 发酵早期，起泡后稳定地下降，以后保持恒定； 3. 发酵前期，泡沫稍微降低后又开始回升； 4. 发酵开始起泡能力低，以后上升。
厌氧发酵设备与工艺
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演讲人姓名
传统的发酵系统主要用于间歇性、低容量、小型的农业或半工业化人工制取沼气过程中。一般称为沼气发酵池、沼气发生器或厌氧消化器。其中发酵罐是整套发酵装置的核心部分。除发酵罐外，发酵系统的其他附属设备有气压表、导气管、出料机、预处理装置（粉碎、升温、预处理池等）、搅拌器、加热管等。
缺点：气压不稳定，对产气不利；池温低，不能保持升温，将严重影响产气量，原料利用率低（仅10%~20%）；大换料和密封都不方便；产气率低，而且这种沼气池对防渗措施要求较高，给燃烧器的设计带来一定困难。
通常靠经厕所，牲畜圈建造这种沼气池，以便粪便自动流入池内，方便管理，同时有利于保持池温，提高产气率，改善环境卫生。
传统发酵系统中发酵池的建造材料通常有炉渣、碎石、石灰、砖、水泥、混凝土、三合土、钢板、铜锌管件等。
01
发酵池的种类很多，按发酵间的结构形式有原型池、长方形池、其形池和扁球形池等很多种；
02
按贮气方式有气压式、水压式和浮罩式；按埋没方式有地下式、半埋式和地上式。
03
01
02
03
ห้องสมุดไป่ตู้
04
立式圆形水压式沼气池；
立式圆形浮罩式沼气池；
立式圆形半埋式沼气发酵池组；
长方形（或方形）发酵池。
传统发酵设备
水压式沼气池工作原理
产气时，沼气压料液使水压箱内液面压高；用气时，料液压沼气供气。产气、用气循环工作，依靠水压箱内料液的自动升降，使气室的气压自动调节，从而保证燃气炉具有的火力稳定。
优点：结构比较简单，造价低，施工方便。
2
经典型：经典型结构有助于发酵污泥处于均匀的、完全循环状态。
好氧发酵工艺及设备
好氧发酵工艺及设备好氧发酵是一种利用微生物在含氧的环境中进行代谢过程的发酵工艺。
在好氧发酵过程中，微生物通过氧气进行氧化代谢，产生能量和不同的代谢产物。
这种发酵工艺广泛应用于食品、酿酒、酶制剂等领域。
好氧发酵工艺是由一系列步骤组成的。
首先，选择适当的菌株，不同的菌株有不同的发酵能力和产物产生能力。
然后，通过提供适当的培养基来培养菌株。
培养基中必须提供合适的营养物质，如碳源、氮源、微量元素等，以满足菌株的生长和代谢需求。
在培养过程中，保持合适的温度、pH值和适当的搅拌是非常重要的，这有助于提高菌株的生长速度和代谢活性。
最后，通过收获和后处理来获取发酵产物。
在好氧发酵工艺中，设备的选择和设计非常重要。
常见的设备包括发酵罐、搅拌器、氧气供应装置、温度控制装置、pH调节装置和收获装置等。
发酵罐是好氧发酵最基本的设备之一、它用于提供适当的发酵环境，包括温度、氧气供应和混合等。
发酵罐的材质通常是不锈钢，这样可以防止反应物质与罐体之间的相互作用。
搅拌器是用于混合和搅拌发酵物料的设备。
它有助于保持发酵物料的均匀分布，提供充足的氧气供应和将热量均匀分散。
氧气供应装置是好氧发酵过程中必不可少的设备。
它用于向发酵罐中供应适量的氧气，以满足微生物的代谢需求。
温度控制装置用于控制发酵罐中的温度。
不同的菌株在不同的温度下有不同的最适生长温度，因此保持适当的温度对于发酵过程的成功非常重要。
pH调节装置用于调节发酵罐中的pH值。
不同的微生物对于酸碱度有不同的要求，所以保持适当的pH值是调节发酵过程的一个重要因素。
收获装置用于收集好氧发酵产生的产物。
这包括分离和纯化产物的步骤，确保产物的品质和纯度。
总之，好氧发酵工艺及其设备在食品、酿酒、酶制剂等领域具有广泛的应用。
通过选择适当的菌株和培养条件，并合理设计和选择设备，可以实现高效、稳定和可控的发酵过程，产生高质量的发酵产物。
发酵基本工艺与发酵设备介绍
发酵基本工艺与发酵设备介绍发酵的基本工艺包括选择合适的微生物或酵母菌种、提供适宜的温度、pH值、氧气浓度等生长条件，以及控制发酵过程的持续时间。
微生物或酵母在发酵过程中会进行新陈代谢，产生各种有益的化合物，比如乳酸、酒精、酸奶菌等，这些化合物不仅能够改善产品的口感和品质，还能够增强产品的营养价值和保鲜效果。
要实现有效的发酵工艺，需要配备相应的发酵设备。
常见的发酵设备包括发酵罐、发酵槽、发酵桶、发酵箱等。
这些设备通常都具有控制温度、pH值、氧气浓度等参数的功能，以及搅拌、通风、排放酒精等功能，能够为微生物或酵母提供一个适宜的生长环境，并保障发酵过程的稳定进行。
除了传统的发酵设备，现代化的发酵工艺也加入了一些先进的技术手段，比如发酵反应器、微生物培养罐等。
这些设备通常能够实现自动化控制和监测，提高发酵生产的效率和品质。
综上所述，发酵作为一种重要的生产技术，在食品、制药和化工等领域扮演着不可替代的角色。
发酵基本工艺和发酵设备的不断创新和完善，将有助于提高产品的竞争力，满足市场对于品质和安全的需求。
发酵是一种利用微生物或酵母在适宜条件下作用而产生的化学变化和生物合成现象，是食品加工、制药和化工等生产领域中常见的一种技术手段。
发酵工艺广泛应用于乳制品、酒类、面包等食品的生产过程中，也被用于制药和生物工程领域。
发酵的基本工艺包括选择合适的微生物或酵母菌种、提供适宜的温度、pH值、氧气浓度等生长条件，以及控制发酵过程的持续时间。
微生物或酵母在发酵过程中会进行新陈代谢，产生各种有益的化合物，比如乳酸、酒精、酸奶菌等，这些化合物不仅能够改善产品的口感和品质，还能够增强产品的营养价值和保鲜效果。
发酵工艺的基本步骤包括发酵菌种的选取和培养、发酵条件的控制以及发酵过程的监测。
首先，选取合适的发酵菌种是发酵工艺成功的关键。
不同的产品需要选择相应的菌种或酵母，比如酿酒需要选择酿酒酵母，制作酸奶需要选择酸奶菌等。
其次，提供适宜的温度、pH值、氧气浓度等生长条件，可以通过发酵设备来实现。
果酒发酵设备及发酵工艺
果酒发酵设备及发酵工艺果酒，是用果实为原料酿制的酒类。
其味道鲜美、营养丰富，成为一种深受人们青睐的饮品。
而果酒的制作过程中，发酵是至关重要的环节，因此，对果酒发酵设备及发酵工艺的了解，对于了解果酒的制作流程、提高果酒质量具有重大意义。
一、果酒发酵设备要制作出口感醇美、品质稳定的果酒，选择适用的果酒发酵设备至关重要。
果酒发酵设备主要分为以下几类：1.开式罐发酵器开式罐发酵器的优点在于操作方便，清洗和维护较为容易，操作人员可以随时注意发酵情况。
但是，这种发酵器的缺点在于发酵器内空气流通较为频繁，容易出现外部微生物的侵入，导致果酒质量下降。
2.封闭式罐发酵器封闭式罐发酵器的优点在于隔绝了外界的空气，保证了发酵的纯度。
但是，由于封闭度较高，需要安装压力表等安全设备，在操作和维护方面都会比较困难。
3.呼吸式罐发酵器呼吸式罐发酵器较好地兼顾了前两者的优点。
其优点在于空气的流通度和发酵的纯度较高，操作和维护相对来说较为容易。
但其价格较为昂贵。
除此之外，还有其他种类的发酵设备，例如：气动搅拌式罐发酵器、压力式罐发酵器等。
选择发酵设备还需考虑酒的种类、生产规模等情况。
二、果酒发酵工艺1.原材料选择原材料是制作酒的关键。
果酒具有浓郁的果味和香气，因此选择好的水果材料至关重要。
应选择成熟、新鲜、无病虫害的水果，并将其进行冷藏储存，以避免果肉变质腐败。
2.酵母菌的选择酵母菌是果酒发酵的关键。
一般来说，应选用最具代表性和活性最强的酵母，以保证果酒发酵过程的顺利进行。
目前市面上主要有干酵母、液态酵母等两种类型，不同的酵母菌适用于不同种类的果酒，因此在选择时，应根据实际情况进行调整。
3.发酵温度发酵温度是决定果酒口感和香气的关键。
温度过高或过低都会影响酵母的活性和果酒的质量。
通常，应在16~22度之间进行发酵，保证酒体稳定及口感鲜美。
4.糖分和酸度控制果酒的口感和品质与糖分和酸度的比例有关。
应选择合适的糖分和酸度，提高果酒的醇香美味。
发酵与酿造的主要设备
发酵与酿造的主要设备
发酵与酿造是一门古老而复杂的工艺，在这个过程中需要使用多种设备来完成各种任务。
以下是发酵与酿造中主要使用的设备：
1. 发酵罐：发酵罐是用于将麦芽、酵母等原料进行发酵的设备。
它通常是一个密封的容器，可以控制温度和气压，以确保发酵过程顺利进行。
2. 酿造设备：酿造设备包括研磨设备、糖化设备、过滤设备等，用于将原料制成酿造所需的麦芽汁。
3. 冷却设备：冷却设备用于将热的麦芽汁降温至适合酵母生长的温度，以及用于冷却发酵后的酒精。
4. 搅拌设备：搅拌设备用于在发酵和酿造过程中搅拌原料和麦芽汁，以保持均匀的温度和浓度。
5. 瓶装设备：用于将成品装瓶，通常包括清洗瓶子、注入酒精饮料和封口的设备。
以上是发酵与酿造中主要使用的设备，每种设备都扮演着不可或缺的角色，保证了酿酒过程的顺利进行和成品的品质。
发酵与酿造的设备不仅仅是工具，更是酒类酿造师们的得力助手，能够帮助他们完成精湛的酒类酿造工艺。
厌氧发酵工艺及设备—乳酸发酵
真空浓缩
乳酸钙 150 g/L
三、乳酸钙结晶
• 乳酸钙在水中的溶解度与温度成正比例关系 • 杂质含量增加会使乳酸钙的溶解度增大 • 一般杂质数量增加1%，乳酸钙溶解度约增大10%
四 、乳酸钙流化干燥造粒
流化干躁：是流化技术及喷雾干燥造粒过程合而为 一的干燥技术。
在同一流化床内完成多种操作
蒸发 结晶 干燥 造粒
2、辅助原料
• 乳酸菌的生长、繁殖、发酵能力的获得与其它 菌一样，也需要添加适宜营养物质。
理论 天然
氨基酸、维生素、核酸碱基 麸皮、米糠、玉米浆、麦根
• 营养盐添加量 亚适量水平
三、乳酸生产工艺
薯干粉原料发酵工艺
薯干粉
液化 并行发酵
加热
冷却结晶
蒸发浓缩
过滤
沉淀
离心
酸解
成品 真空过滤
过滤
浓缩
蒸发并脱色 离子交换
乳酸发酵原料
1、主要原料
• 乳酸细菌能直接利用
低聚糖 己糖
乳酸发酵
营养因子 氨基酸、维生素、核酸 辅助原料 麦根、麸皮、米糠等
淀粉 / 淀粉质原料
• 玉米、大米、红薯、马铃薯
• 水解方法
酸解 单行发酵工艺 酶法 并行发酵工艺 糖化、发酵同时进行
• 糖化剂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
酶制剂 麦芽粉 麸曲 无机酸
菌种: 德氏乳杆菌 米根霉
细胞杆状，两端平直， 发酵产生D(-)乳及L（+） 乳酸。可用于制作干酪 和乳酸。
双歧杆菌属（Bifidobacterium）
Bifidobacterium是1899年由法国学者Tissier从母乳营养儿的粪便中 分离出的一种厌氧的革兰氏阳性杆菌，末端常常分叉，故名双歧 杆菌。目前已经发现，双歧杆菌有32个亚型 。
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7、发酵罐应有较好的适应性，以满足不同生产厂家 的需求；
8、发酵罐内表面应光滑；
9、用于中试规模的发酵罐与用于实际生产的发酵罐 应具有相同的几何形状，有利于放大生产； 10、使用既能满足工艺要求又比较便宜的制造材料 ，同时应配备完善的供给设施。
借助设在环流管底部的空气喷嘴将空气以250～300m/s的高速喷入 环流管，使气泡分散在培养基中。
气升式玻璃系列实验室发酵罐
气升式环流反应器的优点
（1）气体从罐的下部通入，可带动流体在整个反应器
内循环流动，使反应器内的溶液容易混合均匀；
（2）由于不用机械搅拌桨，省去了密封装置，使污染
杂菌的机会减少，同时降低了机械剪切作用对细胞的伤
灭菌
• 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发
酵过程中不能混入杂菌。
– 在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争
关系，对发酵过程造成不良影响。
– 例如：在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分
泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡；在青
霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉
素酶，将合成的青霉素分解掉。
扩大培养和接种
• 扩大培养与发酵生产过程中的培养不同：
– 扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵 过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的 培养条件就有可能不同。
– 例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母
菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产
生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量
缺点
（1）进罐空气处于负压状态，容易增加杂菌侵入的机会。
（2）搅拌容易导致转速提高，有可能使某些微生物的菌丝 被切断，影响细胞的正常生长。
3、气升式环流反应器 类型：内环流式、外环流式
气升式发酵罐不具有任何机械搅拌系统，仅利用空气在
发酵罐内（外）循环以搅拌培养物，这一相对柔和的混 合系统适用于植物细胞和动物细胞培养。 原理基于含气量高的培养物和含气量少的培养物之间比 重的差异。在发酵罐通气过程中，含气量较低的培养基 产生一上流的推力，导致培养基的循环。
灭菌
• 那如何防止杂菌的污染呢？
– 要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的
灭菌处理。
空消、实消
• 怎样才算灭菌彻底呢？
– 用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢
和孢子。
扩大培养和接种
• 如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短
生产周期？
– 经过多次的扩大培养。
• 如何对菌种进行扩大培养？
– 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进 行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间 里得到大量的菌体。
。
控温部分的作用：是保证发酵过程在恒温条件下进行，并
将生物氧化和机械搅拌产生的热量及时移去。
搅拌部分的作用：使罐内物料混合良好，液体中的固形物
料保持悬浮状态，有利于菌体与营养物质充分接触，便于
营养吸收。另一方面，打碎气泡，增加气液接触面积，提 高气液间的传质速率，加强氧的传递效果及消除泡沫。
通气部分的作用：是从罐的底部向罐内通入无菌空气，一 般入口空气压力为0.1～0.2MPa(表压)，罐顶部有空气出口 。
分泌的 产物
3、通气搅拌生物反应器
（1）Spier笼式通气搅拌生物反应器
优点：可以避免通气时气泡直接损伤细胞。它是借助 一个多孔的通气装置在笼内通气，满足培养过程中细 胞对溶解氧的需要。
缺点：是不能进行在线灭菌，只能将罐体放在消毒锅
内进行高压灭菌；氧传递系数小，不能满足培养高密
度细胞的耗氧要求；反应器的结构相对复杂，拆卸清
洗困难。
（2）CelliGen-20双层笼式通气搅拌生物反应器 优点：扩大了丝网交换面积，使氧传递系数提高，单
氧越充分。
4、高位塔式生物反应器
是一种罐体的高与直径比值较大，利用通入培养液的无 菌空气泡上升来带动液体运动，产生混合效果的非机械 搅拌式生物反应器，适用于培养液黏度低、固体含量少
和需氧量较低的发酵培养过程。
与机械搅拌式生物反应器相比，塔式生物反应 器不设机械搅拌桨的优点是：
（1）减少了剪切作用对细胞的损害； （2）结构简单，省去了密封，排除了因密封不严而造 成的杂菌污染； （3）造价较低，动力消耗少，操作成本低，噪声较小 。
害；
（3）由于液体循环速度较快，反应器内的供氧及传热
都较好，利于节约能源。
气升式环流反应器不适宜于在黏度大或含有大量固 体的培养液中应用。
衡量气升式环流反应器性能的参数主要有： 循环周期
气液比。
循环周期：指培养液在环流管内循环一次所需的时 间。 气液比：指培养液的环流量与通风量之比。 循环周期越短，气液比值越大，说明向培养基内供
微生物菌体
代谢产物
产
品
一、发酵工艺流程
典型的发酵生产过程包括：
菌种的选育 确定菌种繁殖和发酵生产所用的培养基；
对培养基、发酵罐及其附属设备进行灭菌；
菌种经逐级扩大培养后，作为生产种子接种于发酵罐中 ;
控制发酵罐中微生物的生长条件，最大程度地获得人们渴 望的代谢产物 ;
产物萃取和精制 ; 发酵过程中废弃物的处理与回收.
（一） 发酵罐设计的原则
发酵罐的主要功能：
为菌体生长，或为某一特定的微生物混合发酵剂提供一
个便于控制的环境，以获得人们所期望的产物 。
发酵罐设计的原则
1、发酵器应能在无菌条件下工作数天，且应在长时间
运转过程中保持稳定；
2、通气和充分搅拌，以满足微生物代谢的需要，但不
应损伤菌体；
3、尽可能低的功率消耗；
物功能，在体外进行生化反应的装置系统。
根据生物反应过程中所使用的生物催化剂不同可将生 物反应器分为：
酶反应器和（微）细胞生物反应器。 生物反应器应具备的条件： 能维持一定的温度、pH、反应物(如营养物质、溶解氧 等)浓度； 应具备良好的传质、传热和混合性能，以便为生物反 应的顺利进行提供适宜的环境条件； 细胞生物反应器除具备上述特性外，还要求有一定的 除菌及密封设备，以防止生产过程中因微生物侵入造成 的杂菌污染。
分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发
酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。
发酵过程
• 哪些条件能影响菌体的发酵？
– 发酵生产中发酵罐内部的代谢变化，如菌体形态、
菌体浓度、营养物质的浓度、温度、pH、溶氧
量、产物浓度、以及发酵罐搅拌转速等对发酵过 程都有重大影响。
分离、提纯
• 代谢产物
4
菌种的选育
• 要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等 方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优 良的菌种。
怎样才能得到优 良的菌种呢？
•如果生产的是微生 物直接合成的产物
可以从自然界中先分离出相 应的菌种，再用物理或化学 的方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产 要求的优良菌种。
•如果生产的是一般微生 物不能合成的产品
的酒精。
• 有了用于生产的充足的菌体，接种过程中要注意 防止杂菌污染。
发酵过程
• 为什么将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，
还需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行
控制？
– 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要
在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产
物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成
缺点：这种反应器罐体较高，需要在室外安装，而且压
缩空气必须有足够大的压力才能抵消反应器内液体的静
压力。
（三）动物细胞培养生物反应器
气升式生物反应器
中空纤维反应器
笼式通气搅拌反应器
流化床反应器
1、气升式细胞培养生物反应器 将气体混合物从罐底部的喷射管喷入反应器的中央导 流管，使中央导流管内的液体密度低于外部区域液体 的密度，从而形成循环。 在气升式生物反应器中，可以通过自动调节空气进入 的速率来实现对溶解氧浓度的控制；pH值可通过在进 气中加入二氧化碳或加入氢氧化钠的方法来控制。
设计原则 发酵罐（总结） 稳定性
ห้องสมุดไป่ตู้
控制性
操作性 安全性 可视性
（二）微生物细胞反应器
依搅拌方式不同，微生物细
胞反应器有：
内部机械搅拌型 外部液体搅拌型
气升循环式发酵罐
微生物反应器
1、机械搅拌型微生物细胞生物反应器(通用型)
分主 、要 系通 由 统气 壳 和部 体 附分 、 属、 控 系进 温 统出 部 等料 分 组口 、 成、 搅 。测 拌 量部
进出料口：是指进料和出料用的系统，同时还配有补料口 装置等 测量系统：在于测量发酵过程中的pH值、溶解氧等相关数 据，以便对发酵过程进行随时的监测并及时对发酵参数进 行调整。此外，测量装置应能承受一定的灭菌温度并在长 时间内保持稳定。
通用机械搅拌型生物反应器内通常安装消泡装置，抑制
泡沫的形成，但泡沫过多时，要使用消泡剂。
可用基因工程、细胞工程的方法 对菌种的遗传特性进行定向改造， 以构建工程细胞或工程菌，从而 达到生产相应产品的目的
对菌种一般有以下要求：
菌种能在较短的发酵过程中高产有价值的发酵产品。
菌种的发酵培养基应价廉，来源充足，被转化为产品的
效率高。如农副产品。
菌种对人、动物、植物和环境不应该造成危害，还应注
– 采用离心、过滤、沉淀等方法将菌体从培养液
中分离出来。
• 菌体本身，如酵母菌和细菌等
– 采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。
二 、发酵设备
生物反应器(发酵罐)
利用生物工程技术进行生产的过程统称生物反应过程 。 采用活细胞(包括微生物、动植物细胞)的某些特定 功能生产有用产品的生物反应过程称为发酵过程或 细胞培养过程。 采用游离或固定化酶作为生物催化剂的生物反应过 程，称为酶反应过程。 生物反应器：利用酶或生物体（如微生物）所具有的生